JPS61124855A - Method for leading out image information using nuclear magnetic resonance - Google Patents

Method for leading out image information using nuclear magnetic resonance

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JPS61124855A
JPS61124855A JP59246928A JP24692884A JPS61124855A JP S61124855 A JPS61124855 A JP S61124855A JP 59246928 A JP59246928 A JP 59246928A JP 24692884 A JP24692884 A JP 24692884A JP S61124855 A JPS61124855 A JP S61124855A
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magnetic field
data
signal
displacement
pulse
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Masaya Yamashita
昌哉 山下
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/44Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
    • G01R33/48NMR imaging systems
    • G01R33/54Signal processing systems, e.g. using pulse sequences ; Generation or control of pulse sequences; Operator console
    • G01R33/56Image enhancement or correction, e.g. subtraction or averaging techniques, e.g. improvement of signal-to-noise ratio and resolution
    • G01R33/567Image enhancement or correction, e.g. subtraction or averaging techniques, e.g. improvement of signal-to-noise ratio and resolution gated by physiological signals, i.e. synchronization of acquired MR data with periodical motion of an object of interest, e.g. monitoring or triggering system for cardiac or respiratory gating

Abstract

PURPOSE:To obtain image information reduced in the deterioration of an image by an artifact, by performing the collection of data so as not to stepwise change the integrated value of the intensity of an inclined magnetic field and a magnetic field applying time and subsequently rearranging the data to perform the processing thereof. CONSTITUTION:In replacing an inclined magnetic field (GZ) pulse for performing phase encoding, when a data collection timing interval is set to Tr=1sec, the cycle of the displacement of an abdominal part is Tp=4sec and, therefore, four displacement states are taken at each cycle and a rearranged data system is divided into four groups and each group is set to one of four displacement states. As shown by F, the GZ pulse is changed at every 64pi in a range from -128pi to 127pi. Thus obtained nuclear magnetic resonance data system is rear ranged as shown by G so as gradually change the integration value of GZ and the time before sampling the same. At this time, the displacement component by respiration contained in this data system is divided into four groups as shown by M and becomes almost equivalent to respiration performed once for 256sec.

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は核磁気共鳴信号を用いて被検体から画像情報
を導出方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION "Field of Industrial Application" This invention relates to a method for deriving image information from a subject using nuclear magnetic resonance signals.

「従来の技術」 核磁気共鳴(以下NMRと記す)法による画像形成装置
は例えば特開昭57−6347号公報、昭和57年1り
秀潤社発行雑誌「画像診断」12巻1号2G−42頁な
どに示されている。
"Prior art" An image forming apparatus using nuclear magnetic resonance (hereinafter referred to as NMR) is disclosed in, for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 1983-6347, magazine "Image Diagnosis" published by Shujunsha in 1988, Vol. 12, No. 1, 2G- This is shown on page 42, etc.

NMR法による画像形成装置は例えば第1図に示すよう
に静磁場発生手段11により2軸と平行した静磁場が発
生され、傾斜磁場発生手段12によりX軸、Y軸、Z軸
方向においてそねぞれ磁界強度が傾斜し、それぞれ向き
が2軸方向の傾斜磁場Gx+Gy、G!が発生され、こ
れら静磁場及び傾斜磁場が生産された空間に被検体13
が配される。
In an image forming apparatus using the NMR method, for example, as shown in FIG. G! is generated, and the subject 13 is placed in the space where these static magnetic fields and gradient magnetic fields are produced.
will be arranged.

なお三つの傾斜磁場はその磁界強度の傾斜方向が互に交
差すればよく、必ずしも直交する必要はない、このよう
にして被検体13からの空間情報を弁別できるようにさ
れている。
Note that the three gradient magnetic fields only need to have the gradient directions of their magnetic field strengths intersecting each other, and do not necessarily need to be orthogonal. In this way, spatial information from the subject 13 can be discriminated.

送受信用コイル14にパルス電流を与えてZ軸に垂直の
方向の高周波磁場を被検体13に与える。
A pulse current is applied to the transmitting/receiving coil 14 to apply a high frequency magnetic field to the subject 13 in a direction perpendicular to the Z axis.

その時発生する被検体13からのNMR信号はコイル1
4で受信され、その受信出力は高周波信号送受信部15
で増幅検波され、その検波出力はサンプリングされてA
D変換器16でデジタル信号に変換され、電子計算機よ
りなる信号処理装置17に人力される。
The NMR signal from the subject 13 generated at that time is the coil 1
4, and the received output is sent to the high frequency signal transmitting/receiving section 15.
The detection output is amplified and detected at A.
The signal is converted into a digital signal by a D converter 16, and then manually inputted to a signal processing device 17 consisting of an electronic computer.

所で、NMRは、ある原子核を磁場中に置いた時これら
が磁場の強さに比例した周波数で、磁場の印加方向を軸
としてそのまわりを歳差運動するという事実に依るもの
である。この周波数は、ラーモアの周波数として知られ
ており、ωo =rHゆにより与えられる。但し、Tは
原子核の磁気回転比、Haは磁場の強さである。ある特
定の方向に沿って強さが変化する磁場、いわゆる傾斜磁
場を印加すると、その方向の各位置にある原子核(以下
、核スピン)は異なった周波数で歳差運動をする。
By the way, NMR relies on the fact that when certain atomic nuclei are placed in a magnetic field, they precess around the direction of the applied magnetic field at a frequency proportional to the strength of the magnetic field. This frequency is known as the Larmor frequency and is given by ωo =rH. However, T is the gyromagnetic ratio of the atomic nucleus, and Ha is the strength of the magnetic field. When a magnetic field whose strength varies along a certain direction, a so-called gradient magnetic field, is applied, atomic nuclei (hereinafter referred to as nuclear spins) at different positions in that direction precess at different frequencies.

この性質を用いて核スピンの位置情報、つまり被検体1
3中の何れの位置からのものであるかを示す情報を得る
には、大別して2つの方法が存在する。その1つは、あ
る軸に傾斜磁場を加えた状態でその強度を時間的に一定
に保持し、その間にNMR信号のデータを収集して、周
波数エンコーディングにより、直接この軸に沿つた槙ス
ピンの位置情報を得る方法である。もう1つは、ある軸
に傾斜磁場を加え、その強度の時間積分値を逐次的に変
化させた後に、NMR信号のデータを収集して、位相エ
ンコーディングにより、この軸に沿った績スピンの位置
情報を得る方法である。どちらの場合も、信号のデータ
から位置情報を得る1箕処理にいくつかの方法が考えら
れるが、今日、最も一般的にはフーリエ変換が用いられ
ているので、これを例にして以下の説明を行なう、 フ
ーリエ変換の場合、基本的には時間軸から周波数軸への
データ変換であるから、計真処理前のデータは、時間的
に順序正しい信号系列でなくては意味がない、この為、
周波数エンコーディングの場合には、ある軸に加える傾
斜磁場強度を信号データ収集の間一定に保持する事が行
なわれ、位相エンコーディングの場合には、ある軸に加
える傾斜磁場強度の時間積分値を逐次的に変化させる事
が行われている。すなわち周波数エンコーディング及び
位相エンコーディングの何れでもサンプリング時点まで
の傾斜磁場の強さと、その磁場印加時間との積分値はサ
ンプリングごとに逐次的に変化する様になされている。
Using this property, the position information of the nuclear spin, that is, the object 1
There are roughly two methods for obtaining information indicating which position among the three. One method is to apply a gradient magnetic field to a certain axis, keep its intensity constant over time, collect NMR signal data during that time, and use frequency encoding to directly detect the Maki spins along this axis. This is a method of obtaining location information. The other method is to apply a gradient magnetic field to a certain axis and sequentially change the time-integrated value of its intensity, collect NMR signal data, and use phase encoding to determine the position of the spins along this axis. It is a way to obtain information. In either case, several methods can be considered to obtain position information from signal data, but Fourier transform is most commonly used today, so the following explanation uses this as an example. In the case of Fourier transform, the data is basically converted from the time axis to the frequency axis, so the data before measurement processing must be a temporally ordered signal sequence to be meaningful. ,
In the case of frequency encoding, the gradient magnetic field strength applied to a certain axis is held constant during signal data collection, and in the case of phase encoding, the time-integrated value of the gradient magnetic field strength applied to a certain axis is sequentially maintained. Changes are being made to. That is, in both frequency encoding and phase encoding, the integral value of the strength of the gradient magnetic field up to the sampling point and the time of applying the magnetic field is made to change successively for each sampling.

この様なデータ処理を行なうならば得られた信号データ
系列を直接フーリエ変換する事により、ある軸に沿った
核スピンの位置情報が、従ってNMR信号より得られた
情報、例えば槍スピンの密度、緩和時間などの空間分布
が得られる事は容易に理解できる。信号処理装置17内
の演算処理部17aでこのような空間分布、つまり画像
情報を得る演算処理を行い、得られた画像情報を表示器
1日に画像として表示する。
In such data processing, by directly Fourier transforming the obtained signal data series, the position information of the nuclear spin along a certain axis can be obtained from the information obtained from the NMR signal, such as the density of the spear spin, It is easy to understand that spatial distributions such as relaxation times can be obtained. The arithmetic processing unit 17a in the signal processing device 17 performs arithmetic processing to obtain such spatial distribution, that is, image information, and the obtained image information is displayed as an image on the display device.

墳スピンの位置情報を求めるためにNMR信号を得る手
法としてスピンワープ法がある(例えば前記雑誌参@)
、スピンワープ法によりX−2平面の2次元画像を得る
には、第2図に示すように期間3.4でy方向傾斜磁場
G、を掛けておいて期間3に90@高周波磁場パルスを
与え、被検体13内のスピンを選択的に励起し、この励
起に続いて、期間5にX方向に読み取り傾斜磁場G、を
加え、この時のNMR信号を例えば256回受信して周
波数エンコーディングすることにより、つまり256点
フーリエ変換することにより、X軸に沿った檎スピン位
置情報(周波数がX軸上の位置を、その位置での振幅が
核スピンの2方向におけるベクトル総和を表わす)を得
る。前記選択的励起と読み取りとの間、すなわち期間4
にZ方向の傾斜磁場G1をパルス的に与え、かりその振
幅をその都度順次等間隔で(段階的に)変化させる。
The spin warp method is a method for obtaining NMR signals in order to obtain positional information of tomb spins (for example, see the above magazine @).
To obtain a two-dimensional image on the After this excitation, a read gradient magnetic field G is applied in the X direction during period 5, and the NMR signal at this time is received, for example, 256 times and frequency encoded. In other words, by performing a 256-point Fourier transform, information on the position of the nuclear spin along the X-axis (the frequency represents the position on the X-axis, and the amplitude at that position represents the vector sum of the nuclear spin in two directions) is obtained. . Between said selective excitation and reading, i.e. period 4
A gradient magnetic field G1 in the Z direction is applied in a pulsed manner, and its amplitude is sequentially changed at equal intervals (in steps) each time.

例えばこの振幅変化を256段階とすると、画像視野が
−a<mx<a、−a<wz<aでzs”aの核スピン
の位相は2=0の核スピンの位相に対してn回目の高周
波パルスの送受信時に、(n −129)π進むような
強度の磁界G1を与える。
For example, if this amplitude change is set to 256 steps, the image field is -a<mx<a, -a<wz<a, and the phase of the nuclear spin of zs"a is the n-th phase of the nuclear spin of 2=0. When transmitting and receiving high-frequency pulses, a magnetic field G1 of such intensity as to advance (n - 129)π is applied.

このようにして256個のG、パルスはそれぞれ256
の各空間周波数(X軸上の位置と対応したもの)につい
てZ方向における各位置でレスポンスを最大にする。こ
のようにして得られた信号を2次元フーリエ変換して2
56X256画素の画像を得ることができる。ここでG
、パルスの振幅を逐次的(段階的)に変化することなく
、G、パルスの幅を逐次的に変化させてもよいし、さら
に、G2パルスの振幅と幅の両方をその積が逐次的に変
化するようにしてもよい、スピン−格子緩和時間の空間
分布を得るには、第2図において期間1に180°パル
スあるいは、AFP(断熱高速通過)を与え核スピンを
反転させて平均緩和時間程度の時間(期間2)待ってか
ら前記期間3に移ればよい。
In this way, 256 G, pulses are each 256
The response is maximized at each position in the Z direction for each spatial frequency (corresponding to the position on the X axis). The signal obtained in this way is subjected to two-dimensional Fourier transform to
An image of 56×256 pixels can be obtained. G here
, the width of the G pulse may be successively changed without successively (stepwise) changing the amplitude of the G pulse, and further, the product of both the amplitude and the width of the G2 pulse may be successively changed. To obtain the spatial distribution of the spin-lattice relaxation time, which may vary, in Figure 2, a 180° pulse or AFP (adiabatic fast passage) is applied during period 1 to invert the nuclear spins and obtain the average relaxation time. It is sufficient to wait a certain amount of time (period 2) and then move on to period 3.

信号処理装置17内のスキャン条件決定部17bで第2
図に示したパルスシーケンスの発生制御などを行う信号
を、傾斜磁場発生手段12、高周波信号送受信部15へ
送出する。信号処理装置17は一般に電子計算機を含み
、これにより処理制御を行う、第1図では信号処理装置
17の機能の一部を機能的に示している。
The second scan condition determination unit 17b in the signal processing device 17
A signal for controlling the generation of the pulse sequence shown in the figure is sent to the gradient magnetic field generating means 12 and the high frequency signal transmitting/receiving section 15. The signal processing device 17 generally includes an electronic computer, which performs processing control. FIG. 1 functionally shows a part of the functions of the signal processing device 17.

「発明が解決しようとするIIjY題点」照点情報を得
ようとする被検体13が例えば生体であって、必ずしも
静止していなかったり、発生磁場の強さが時間的に不安
定であったりするなど、現実にはNMR信号を収集して
いる間に変化する要素が存在している。このため、得ら
れた信号の周液数エンコーディングや位相エンコーディ
ングが必ずしも理想的には行なわれなくなり、これを基
にした計算処理によって形成される画像には、前記要素
の変化パターンに対応したアーティファクトC本来の像
と異なった部分、いわゆる偽像)が生じて、両賞を劣化
させる事になる。特に現在の技術において、核NMR信
号による画像形成に必要とするデータを収集する時間が
例えば数分も掛り、この時間がX線や超音波などによる
他の画像形成装置と比べて長い時間であるために、NM
R画像形成装置では前記変動の影響が顕著になり、無視
して考える事ができない。
``Problem IIjY that the invention seeks to solve'' The subject 13 from which point of view information is to be obtained is, for example, a living body and is not necessarily stationary, or the strength of the generated magnetic field is unstable over time. In reality, there are elements that change while collecting NMR signals. For this reason, the frequency encoding and phase encoding of the obtained signal are not necessarily performed ideally, and the image formed by calculation processing based on this has artifacts C corresponding to the change pattern of the above-mentioned elements. This results in parts that differ from the original image (so-called false images), deteriorating both awards. In particular, with current technology, it takes several minutes to collect the data necessary for image formation using nuclear NMR signals, which is a long time compared to other image forming devices using X-rays, ultrasound, etc. For, NM
In the case of an R image forming apparatus, the influence of the above-mentioned fluctuation is significant and cannot be ignored.

この為、従来においては、前記要素の変化を検知して、
その変位が同一値になった時刻にだけNMR信号の収集
を行ない、前記要素の変化により計算処理上のデータ系
列に含まれる変化量を最小限にとどめる事が行なわれて
いた0例えば、生体心臓部の画像形成を考えた場合、拍
動している心臓の変位を心電計により検知し、拍動に対
して常に一定のタイミングでNMR信号データの収集を
行なう事により、計算処理上のデータ系列を見た場合に
は、多少の誤差を除いて、あたかも心臓がそのデータ収
集を行っている数分間の開停止していたかのように見え
る画像が得られる事になる。
For this reason, conventionally, changes in the above elements are detected,
NMR signals were collected only at the times when the displacements became the same value, and changes in the above elements were used to minimize the amount of change included in the data series for calculation processing. When considering image formation in the heart, the displacement of the beating heart is detected by an electrocardiograph, and NMR signal data is always collected at a constant timing with respect to the heartbeat, thereby providing data for calculation processing. If you look at the series, you will get an image that looks as if the heart had stopped opening for several minutes while the data was being collected, except for some errors.

これは、心電同期スキャンと呼ばれている。この方法に
よれば、確かに変動によるアーティファクトを最小限に
とどめる事が可能であるが、信号データ収集のタイミン
グ間隔Trが、検査対象の変動の時間的パターンに依存
して決まり、核磁気共鳴画像を形成する上で、本来非常
に大切なパラメータであるはずのデータ収集タイミング
間隔(サンプリング間隔)Trを任意に指定する事がで
きないという欠点がある。さらに、検査対象が例えば生
体の呼吸運動を含むような部位であった場合には、前記
方法によるTrが約4秒と大変長いものになり、データ
収集に必要とされる時間が数十分になるという結果を生
じる。これは非能率的であるばかりでなく、人体を邊像
する場合など、被検者の災厄が橿めて大きくなるという
欠点をまぬがれろ事ができない。
This is called an electrocardiogram-gated scan. According to this method, it is certainly possible to minimize artifacts due to fluctuations, but the timing interval Tr for signal data collection is determined depending on the temporal pattern of fluctuations in the object to be examined, and nuclear magnetic resonance images There is a drawback that the data collection timing interval (sampling interval) Tr, which should originally be a very important parameter, cannot be specified arbitrarily in forming the data collection method. Furthermore, if the object to be examined is a part of the living body that involves respiratory movements, the Tr by the above method will be very long, about 4 seconds, and the time required for data collection will be several tens of minutes. The result is that This is not only inefficient, but it is impossible to avoid the disadvantage that it increases the risk of disaster for the subject, such as when taking a close-up image of the human body.

例えば人体の腹部の画像を得る場合、一般に人体の腹部
は呼吸により振動的に変位している。その周期Tpは約
4秒程度である。この変位を第3図Aに示す、従来にお
いてこの変位を考慮することなく走査、つまり前記G1
パルスの逐次的変化を行って測定すると、信号データ収
集タイミング間隔Trを1秒とし、前記(n−129)
tt進めるGzパルスの振幅(又はパルス幅)を2つの
位相差で示すと、各データ収集タイミングごとに第3図
Bに示すGzパルスを与えろ、この時得られた信号処理
前のデータには第3図Cに示すように呼吸、による変位
にもとづく変化パターンが含まれる。このデータをその
ままフーリエ変換すると、この変化パターンにもとづく
アーティファクトが生じ画質が劣化する。
For example, when obtaining an image of the abdomen of a human body, the abdomen of the human body is generally vibrated and displaced due to breathing. The period Tp is about 4 seconds. This displacement is shown in FIG.
When measuring by sequentially changing the pulse, the signal data collection timing interval Tr is 1 second, and the above (n-129)
If the amplitude (or pulse width) of the Gz pulse that advances tt is expressed by two phase differences, give the Gz pulse shown in Figure 3B at each data acquisition timing. As shown in Figure 3C, a change pattern based on displacement due to breathing is included. If this data is subjected to Fourier transform as it is, artifacts based on this change pattern will occur and the image quality will deteriorate.

この様子をシミエレイシッンした結果を第4図に示す、
第4図において下段の太線21が被検体の一部であり、
これが呼吸によりZ軸方向、第4図下段では左右方向に
周期4秒で振動している。
Figure 4 shows the results of simulating this situation.
In FIG. 4, the lower thick line 21 is a part of the subject,
This vibrates in the Z-axis direction due to breathing, and in the left-right direction in the lower part of Figure 4, with a period of 4 seconds.

Tr=1秒でサンプリングしたNMR信号を周波数エン
コーディング軸方向にフーリエ変換した後、位相エンコ
ーディング軸方向に見た信号は第4図の上段に示す曲線
22となり、この曲1s22中に含まれる変動要素の時
間的変化パターンは第4図中の上段の曲線23となり、
この曲線23の振動は64回となっている。っまりTr
=1秒で256X256画素のデータを得るには、25
6秒の時間を必要とし、この間に呼吸により腹部が25
6+4−64回振動的変位し、これが収集データ内に入
っていることがわかる。この収集データである曲線22
をフーリエ変換すると第4図の下段の斜線を付けた形状
になる。この斜線形状が測定結果として示されるZ軸方
向の形状であり、これと実1421の形状との差がアー
ティファクトであり、特に像24.25は実際には全く
存在しないものが大きく現われている。
After Fourier transforming the NMR signal sampled at Tr = 1 second in the direction of the frequency encoding axis, the signal viewed in the direction of the phase encoding axis becomes a curve 22 shown in the upper part of Fig. 4, which shows the fluctuation elements included in this song 1s22. The temporal change pattern is the upper curve 23 in Figure 4,
This curve 23 has 64 vibrations. Tmari Tr
= To obtain data of 256 x 256 pixels in 1 second, 25
It takes 6 seconds, during which time the abdomen increases by 25
It can be seen that the vibrational displacement is 6+4-64 times and this is included in the collected data. Curve 22 which is this collected data
When it is Fourier transformed, it becomes the shape shown in the lower part of Fig. 4 with diagonal lines. This diagonal shape is the shape in the Z-axis direction shown as the measurement result, and the difference between this and the shape of the actual image 1421 is an artifact, and in particular, images 24 and 25, which actually do not exist at all, appear greatly.

この第3図Aの例に従来の同期スキャン法を適用すると
、例えば第3gDに示すように第1回目のデータ収集を
その腹部の変意が振動中心になった時に行う、すなわち
、その腹部の変位が振動中心になるごとにデータ収集を
行うことになり、その変位振動の周期Tp−4秒に1回
ずつ傾斜磁場0才を印加し、データ収集を行う、この時
、得られたデータの処理前における呼吸性振動による成
分は第3図Eに示すように一定となり、呼吸振動の影響
を受けない、しかしこの方法の場合、データ収集タイミ
ング間隔Trを自由に選ぶことができず、これを呼吸周
期Tp−4秒に決めなければならないため、画像形成に
必要とするデータのすべてを収集するには4秒X256
−1024秒もの長い時間を必要とする。
If the conventional synchronous scanning method is applied to the example in FIG. Data will be collected every time the displacement becomes the vibration center, and a gradient magnetic field of 0 is applied once every period Tp-4 seconds of the displacement vibration to collect data.At this time, the data obtained will be The component due to respiratory vibration before processing is constant as shown in Figure 3E, and is not affected by respiratory vibration.However, in this method, the data collection timing interval Tr cannot be freely selected; Since the respiratory cycle must be set to Tp - 4 seconds, it takes 4 seconds x 256 seconds to collect all the data required for image formation.
- It takes a long time of 1024 seconds.

この発明の目的はデータ収集タイミング間隔Trを自由
に選定することができ、しかも短かいデータ収集時間で
、各種変動要素の存在に影響されることなく、つまりア
ーティファクトによる画質劣化が少ない核磁気共鳴を用
いた画像情報導出方法を提供することにある。
The purpose of this invention is to enable the data collection timing interval Tr to be freely selected, and to perform nuclear magnetic resonance in a short data collection time without being affected by the presence of various variable factors, that is, with less deterioration of image quality due to artifacts. The object of the present invention is to provide a method for deriving image information using the present invention.

「問題点を解決するための手段」 この発明によれば一つの座標軸に対する傾斜磁場の強さ
とデータ取込み点までのその磁場印加時間との積分値が
逐次的(段階的)に変化しないように収集を行い、その
後その取込みデータを、上記積分値が逐次的に変化する
ように並べ替えた後、空間分布情報を得るための処理を
行う。
"Means for Solving the Problem" According to the present invention, the integral value of the strength of a gradient magnetic field with respect to one coordinate axis and the time of application of the magnetic field up to the data acquisition point is collected so that it does not change sequentially (stepwise). After that, the captured data is rearranged so that the integral value changes sequentially, and then processing for obtaining spatial distribution information is performed.

つまり被検体の心臓の動き、呼吸などによる動きや磁場
の変動などによる変化を、あらかじめ予測し、あるいは
NMR@号収集直前までに前記変化を検知し、この変化
と対応して、前記サンプリングを前記積分値が逐次的で
ないように行い、このようにして得られたデータを前記
積分値が逐次的になるように時間的順序を並べ替え、こ
の並べ替えたデータ系列について、例えばフーリエ変換
をjテっで空間分布情報を得るが、この並べ替えたデー
タ系列に含まれる前記変化成分が、そのデータ系列上で
目立たないように、前記逐次的でないサンプリングを行
う。
In other words, changes due to the heart movement of the subject, movement due to breathing, fluctuations in the magnetic field, etc. can be predicted in advance, or the changes can be detected just before NMR@ collection, and the sampling can be adjusted accordingly. The data obtained in this way is rearranged in temporal order so that the integral values are sequential, and the rearranged data series is subjected to, for example, Fourier transform. The non-sequential sampling is performed to obtain spatial distribution information, but the non-sequential sampling is performed so that the change component included in the rearranged data series is not noticeable in the data series.

「実施例1」 例えば第3図における位相二ンコーディングを行うため
の傾斜磁場Gzパルスを替える場合、データ収集タイミ
ング間隔Trm1秒とすると、腹部の変位の周期Tp−
4秒であるから、各周期で4つの変位状態をとり、なら
べかえたデータ系列が4つのグループになり各グループ
は前記4つの変位状態の一つとなるようにする0例えば
第3図Fに示すように1回目のデータ収集ではGzパル
スとして−128gを与え、2回目では一64πを、′
33回目は0πを4回目では64πをと、言うように6
4πごとに変化させて与え、次の5回目では元に戻って
一127πを、6回目では一63πを・・・・・・と言
うように一128πから127πまでの範囲を64πご
とにG2パルスを変化させる。
"Example 1" For example, when changing the gradient magnetic field Gz pulse for performing phase 2 encoding in FIG. 3, if the data collection timing interval Trm is 1 second, the period of abdominal displacement Tp-
Since it is 4 seconds, four displacement states are taken in each cycle, and the changed data series is arranged into four groups, and each group is one of the four displacement states.0 For example, as shown in Figure 3F. In the first data collection, −128g was given as the Gz pulse, and in the second time, -64π was given, ′
The 33rd time is 0π, the 4th time is 64π, and so on.
G2 pulses are given by changing every 4π, then in the next 5th time, it returns to -127π, and in the 6th time, it gives -63π, etc., and so on, the G2 pulse is applied every 64π in the range from -128π to 127π. change.

このようにして得たNMR信号データ系列を、Gz と
そのサンプリングまでの時間との積分値が逐次的に変化
するように、並べ替える0位相エンコーディングの場合
には、第3図Gに示すように、Gzパルスが−128、
−127ff、 −126π・・・・・・の時に収集し
たデータをその順に並べる。
In the case of 0-phase encoding, in which the NMR signal data series obtained in this way is rearranged so that the integral value between Gz and the time until sampling changes sequentially, the NMR signal data series obtained in this way is rearranged as shown in Figure 3G. , Gz pulse is -128,
The data collected at -127ff, -126π... are arranged in that order.

この時、このデータ系列に含まれる呼吸による変位成分
は、1JIJ3図Hに示すように4つのグループに分け
られる。すなわち、Gzパルスが一128π〜−65π
の区間は、呼吸による変位の中心成分が含まれ、Gzパ
ルスが一64π〜−πノ区間は、変位の中心からTp/
4における変位成分が含まれ、Gzパルスがθ〜63π
の区間は、変位の中心からT p / 2における変位
成分が含まれ、Gzパルスが64π〜127πの区間は
、変位中心から37p/4における変位成分である。こ
のデータ系列ではGzパルスが一128π〜−65π、
 −64g〜−π、O〜63π、64冗〜127πの各
4つの区間(グループ)内でそれぞれ呼吸による変位の
影響が全く同一であり、従ってデータ系列全体としては
呼吸による変動速度が小さくなったことになるため、そ
れだけ呼吸の影響を受けないと言える。つまりこの例で
は256秒で1回の呼吸をしたとほぼ等価になる。
At this time, the displacement components due to respiration included in this data series are divided into four groups as shown in Figure H of 1JIJ3. That is, the Gz pulse is 1128π to -65π
The interval includes the center component of the displacement due to breathing, and the interval of the Gz pulse from 164π to -π includes the center component of the displacement due to Tp/
The displacement component at 4 is included, and the Gz pulse is θ ~ 63π
The section includes a displacement component at T p /2 from the center of displacement, and the section where the Gz pulse is 64π to 127π is a displacement component at 37p/4 from the center of displacement. In this data series, the Gz pulse is 1128π to -65π,
The effect of displacement due to breathing is exactly the same in each of the four sections (groups) -64g~-π, O~63π, and 64~127π, so the rate of fluctuation due to breathing is small for the data series as a whole. Therefore, it can be said that it is not affected by breathing. In other words, in this example, it is almost equivalent to taking one breath in 256 seconds.

このような処理をした収集データについて第4図と同様
にシミュレイシッンした結果が第5図であり、第4図と
対応あする部分には、同一符号が付けである。この場合
、並べ替え後のデータ系列に含まれる変動成分は第5図
の上段の曲線23となり、第5図下段の斜線で示す表示
画像には第4図中のアーティファクト24.25が消え
、画質が大きく改善されたことかを理解できる。しかも
この方法の場合、信号データ収集タイミング間隔Trを
ある程度自由に選ぶことができ、その上、信号データ収
集に必要とする時間を大幅に短縮することができる1例
えば前記例の場合、従来の同期スキャン法と比較して措
影時間が4分の1となる。なお第1図において信号処理
装置17に取込まれたNMR信号データは並べかえ部1
9で前述したデータQ並べかえにより第3図Gのような
データ系列として計算処理部20でフーリエ変換などが
行われ、空間情報として表示器18へ送出される。
FIG. 5 shows the result of simulating the collected data subjected to such processing in the same manner as in FIG. 4, and parts corresponding to those in FIG. 4 are given the same reference numerals. In this case, the fluctuation component included in the rearranged data series becomes the curve 23 in the upper row of FIG. 5, and the artifacts 24 and 25 in FIG. It can be seen that this has been greatly improved. Moreover, in the case of this method, the signal data collection timing interval Tr can be selected freely to some extent, and the time required for signal data collection can be significantly shortened. The measurement time is reduced to one fourth compared to the scanning method. In addition, in FIG. 1, the NMR signal data taken into the signal processing device 17 is
By rearranging the data Q as described above in 9, the data sequence as shown in FIG.

C実施例2J MNR信号を用いて被検体から画像情報を導出する場合
に、次のような性質があることが知られている。−船に
周期的変動がある場合、同じ変化幅ならば変化周期が長
い程、画像に現われるアーティファクトは少ない、この
ことは第1図、第5図の関係からも明らかである。また
NMR信号のように、データ系列の中心附近の信号強度
が大きく、中心から離れる程、強度が小さくなる場合に
は、中心附近のデータと周辺のデータは、画像に対する
影響が対等ではない。
C Example 2J It is known that the following properties exist when deriving image information from a subject using an MNR signal. - When there is periodic fluctuation in the ship, the longer the period of change is the same, the fewer artifacts will appear in the image, as is clear from the relationship between FIGS. 1 and 5. In addition, when the signal intensity near the center of a data series is large and the intensity decreases as the distance from the center increases, as in the case of an NMR signal, the data near the center and the peripheral data do not have equal effects on the image.

これらの点を考慮すると、第3図の例では、呼吸による
変位の中心が1周期中に2回あるので、256回のデー
タ収集において、Gzパルスの一64π〜0.π〜63
πでは変位中心のデータ収集を行うようにする。すなわ
ち、例えばGzパルスを第3図下に示すように一64π
、−128π、0π、64π、−63π、−127π、
π、−・・・・−のように順次与えてデータ収集を行い
、そのデータと第3図Jに示すようにGzパルスが逐次
変化するように並べ替える。この並べ替えたデータ系列
中に含まれる呼吸性振動による変位成分は、Gzパルス
が一128π〜−65πの区間は変位中心からTp/2
の成分であり、−64に〜0〜63πの区間は変位中心
の成分であり、64π〜1271tの区間は変位中心か
らTp/4の成分である。
Considering these points, in the example of FIG. 3, the center of displacement due to respiration occurs twice in one cycle, so in 256 data acquisitions, 164π to 0. π~63
At π, data is collected at the center of displacement. That is, for example, the Gz pulse is -64π as shown in the bottom of Figure 3.
, -128π, 0π, 64π, -63π, -127π,
Data is collected by sequentially applying π, -...-, and the data is rearranged so that the Gz pulse changes sequentially as shown in FIG. 3J. The displacement component due to respiratory vibration included in this rearranged data series is Tp/2 from the displacement center in the interval between 1128π and -65π of the Gz pulse.
The section from -64 to 0 to 63π is the component at the center of displacement, and the section from 64π to 1271t is the component at Tp/4 from the center of displacement.

この場合の第4図と対応するシミエレイシ欝ン結果が第
6図であり、第4図と対応する部分には、同一符号が付
けである。この場合の並べ替え後のデータ系列中の変動
成分は曲線23となりその時間系列の中央部で変位が小
さく、その前後でそれぞれ互に逆に変位したものとなっ
ている。斜線で示す画像には第4図中のアーティフアク
ト24゜25が存在せず、かつ線21の立上り、立下り
附近のアーティファクトもかなり小さくな1ており、第
5図の場合よりも、画質が改善される。
The smear reduction result corresponding to FIG. 4 in this case is shown in FIG. 6, and parts corresponding to those in FIG. 4 are given the same reference numerals. In this case, the fluctuation component in the rearranged data series becomes a curve 23, with a small displacement at the center of the time series, and opposite displacements before and after that. In the image indicated by diagonal lines, the artifacts 24°25 in Fig. 4 do not exist, and the artifacts near the rise and fall of line 21 are also quite small1, and the image quality is better than in the case of Fig. 5. is improved.

「実施例3」 呼吸にもとづ(変動は、予め予測できるが、予測できな
い変動についてはNMR信号データの収集直前に、それ
までの変化を検知して、データ収集点を変化させ、デー
タ収集後に、データの並べ替えを行って画像情報を得る
ようにする。
"Example 3" Based on respiration (variations can be predicted in advance, but for unpredictable variations, immediately before collecting NMR signal data, detect the previous changes and change the data collection point to collect data. Later, the data is sorted to obtain image information.

例えば磁場が変動する場合に、NMR信号データの収集
直前、第2図中の期間2に磁場強度を測定し、この測定
値と設定値とを比較してその差が小さい時は、0πに近
いGzパルスを与え、測定値と設定値との差が大きい場
合は一128π又は127πに近いGzパルスを与える
。このようにして並べ替えたデータ系列の中央部は磁場
変動の影響成分が少く、前後の端に近いものは磁場変動
の影響が比較的大きなものとなる。このようなデータの
取込みを行うためのアルゴリズムは各種考えられるが、
例えば設定値に対する磁場強度の測定値の確率分布が正
規分布であると仮定し、磁場強度とGzパルスの強度<
m起倒では一128π〜127に)との対照表を予め作
っておき、磁場強度の測定値から、前記対照表を参照し
てGzパルスの強度を決定する。データ収集回数が25
6回程度では磁場測定値は完全な正規分布にならないの
で、データ収集の終りに近すき、その測定値の分布かに
片寄りを生じると、 例えば、設定値に対して大きい方
への分布が多くなると、設定値と対称の例にその測定値
を対応させるなど柔軟に対処すればよい。
For example, when the magnetic field fluctuates, measure the magnetic field strength in period 2 in Figure 2 immediately before collecting NMR signal data, compare this measured value with the set value, and if the difference is small, it will be close to 0π. A Gz pulse is applied, and if the difference between the measured value and the set value is large, a Gz pulse close to -128π or 127π is applied. In the central part of the data series rearranged in this way, the influence component of magnetic field fluctuations is small, and in the data near the front and rear ends, the influence of magnetic field fluctuations is relatively large. Various algorithms can be considered for importing such data, but
For example, assuming that the probability distribution of the measured value of the magnetic field strength with respect to the set value is a normal distribution, the magnetic field strength and the Gz pulse strength <
A comparison table is prepared in advance, and the intensity of the Gz pulse is determined from the measured value of the magnetic field strength by referring to the comparison table. Number of data collection is 25
The magnetic field measurement values do not have a perfect normal distribution after about 6 times, so if the distribution of the measurement values becomes biased toward the end of data collection, for example, the distribution will shift toward the larger side relative to the set value. If the number increases, you can deal with it flexibly, such as by making the measured value correspond to an example that is symmetrical to the set value.

このようにして収集したデータを、その収集した時のG
zパルスにより一128π〜127πの順に並べ替えた
データ系列において、その0πを中央中心とする中央部
では磁場強度の変動の影響が小さく、両端部に近ずくと
磁場強度の変動の影響が太き(なり、しかもそのデータ
系列に沿って全体として磁場強度の変動の影響はゆるや
かに変化したものとなる。つまり実施例2と同様に画質
改善が行われる。
The data collected in this way is
In a data series rearranged in the order of -128π to 127π by the z pulse, the influence of fluctuations in magnetic field strength is small in the center with 0π as the center, and the influence of fluctuations in magnetic field strength becomes larger closer to both ends. (Moreover, the influence of the variation in magnetic field strength changes gradually along the data series as a whole. In other words, the image quality is improved in the same way as in the second embodiment.

このように磁場強度の変動を検出する場合は第1図に示
すように磁場強度検出手段31により磁場強度が検出さ
れ、その検出出力は信号処理装置17内の変動検出部3
2に入力され、その検出変動に応じて前述したような手
法によりスキャン条件決定部33でGzパルスの決定が
行われる。
When detecting fluctuations in the magnetic field strength in this way, the magnetic field strength is detected by the magnetic field strength detection means 31 as shown in FIG.
2, and the scan condition determining unit 33 determines the Gz pulse according to the detected fluctuation using the method described above.

上述では位相エンコー、ディングにこの発明を適用した
が周波数エンコーディングにもこの発明を適用すること
ができる。すなわち各データ収集タイミングにおいて、
前記例では256回NMR信号をサンプリングするが、
その256回のサンプリングの間、例えばlO数ミリ秒
の間に何らかの変動要素の影響を受けるおそれがある場
合には、前記例ではX方向傾斜磁場G、の磁場強度の傾
斜を変化させながら、256個のデータをサンプリング
して取込み、その後、各サンプリング時点までのその磁
場の強さと磁場印加時間との積分値が逐次的になるよう
に、つまり磁場G、の傾斜を一定としたまま取込んだ時
のデータ系列に並べ替えた上で空間分布情報を得るため
の信号処理をすればよい、このようにして緩やかになる
ようにする。
In the above description, the present invention was applied to phase encoding, but the present invention can also be applied to frequency encoding. In other words, at each data collection timing,
In the above example, the NMR signal is sampled 256 times.
During the 256 samplings, for example, if there is a possibility of being affected by some fluctuation factor during several milliseconds, the gradient of the magnetic field strength of the X-direction gradient magnetic field G in the above example is changed. After that, data was sampled and imported so that the integral value of the magnetic field strength and the magnetic field application time up to each sampling time became sequential, that is, the gradient of the magnetic field G was kept constant. It is only necessary to perform signal processing to obtain spatial distribution information after rearranging the data into a time data series.In this way, it becomes gentle.

上述では並べかえたデータ系列上で変動要素による影響
が暖やかになるように、NMR信号データの取込みを逐
次的でな(行ったが、逆に変動速度が速くなるようにし
てもよい。このようにすると、アーティファクトが離れ
てこれを容易に区別することができるようになることが
ある。更に上述では2次元フーリエ変換法により空間分
布情報を得たが、リコンストラクション法により空間分
布情報を求めてもよい。
In the above, the NMR signal data was acquired sequentially so that the influence of the fluctuation elements on the rearranged data series was softened, but the fluctuation speed may be increased. If you do this, the artifacts may become separated and you can easily distinguish them.Furthermore, in the above, spatial distribution information was obtained by the two-dimensional Fourier transform method, but spatial distribution information was obtained by the reconstruction method. It's okay.

「発明の効果」 以上述べたようにこの発明によればNMR信号から空間
分布情報を得る際に変動要素による影響を小さくするこ
とができる。しかもNMRデータ収集タイミング間隔T
rを比較的自由に選ぶことができ、また全体のデータの
取込み時間を従来の同期スキャン法よりも可成り短かく
することができる。
"Effects of the Invention" As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the influence of variable elements when obtaining spatial distribution information from an NMR signal. Moreover, the NMR data collection timing interval T
r can be chosen relatively freely, and the overall data acquisition time can be significantly shorter than in conventional synchronous scanning methods.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はNMR画像形成装置の一例を示すブロック図、
第2図はスピンワーブ法のパルスシーケンスを示す図、
第3図は従来法及びこの発明の方法における変動と、G
zパルス位相(強度)と、並べかえ行のデータ系列を示
すGzパルス位相と、そのデータ系列に含まれる変動に
よる影響成分との関係例を示す図、第4図は対象物の形
状と、従未決による画像と、周波数エンコーディングに
対するフーリエ変損出力と、その出力に含まれる変動成
分との関係のノミュレーションの例を示す図、第5図は
この発明の第1実施例を適用した第4図と対応する図、
第6図はこの発明の第2実施例を適用した第4図と対応
する図である。 特許出願人 旭化成工業株式会社 代  理  人  草    野          
卓オ 2 図 74 記 オ 5図 26  口
FIG. 1 is a block diagram showing an example of an NMR image forming apparatus,
Figure 2 is a diagram showing the pulse sequence of the spinwarb method.
Figure 3 shows variations in the conventional method and the method of this invention, and G
A diagram showing an example of the relationship between the z pulse phase (intensity), the Gz pulse phase indicating the data series of the rearranged row, and the influence component due to fluctuations included in the data series. Figure 4 shows the shape of the object and the Fig. 5 is a diagram showing an example of a simulation of the relationship between an image according to the invention, a Fourier transformation output for frequency encoding, and a fluctuation component included in the output. and the corresponding diagram,
FIG. 6 is a diagram corresponding to FIG. 4 to which the second embodiment of the present invention is applied. Patent applicant Asahi Kasei Industries Co., Ltd. Agent Kusano
Table 2 Figure 74 Note 5 Figure 26 Mouth

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)被検体に静磁場を与えると共に、発生する磁場の
向きが上記静磁場と同一方向であり、かつ互に交差した
三つの方向において強さが傾斜した傾斜磁場を上記被検
体に与えて空間情報を弁別できるようにし、この状態で
その被検体に高周波パルスを与え、その被検体からの核
磁気共鳴信号を取込み、その取込み信号からその核磁気
共鳴信号に含まれている情報の空間分布を求める方法に
おいて、 少なくとも一つの座標軸に対する上記傾斜磁場の強さと
上記信号取込み時点までの磁場印加時間との積分値が逐
次的に変化しないように上記信号取込みを行い、その後
、その取込んだ信号を上記積分値が逐次的に変化するよ
うに並べ替えて上記情報の空間分布を得ることを特徴と
する核磁気共鳴を用いた画像情報導出方法。
(1) Applying a static magnetic field to the subject, and applying to the subject a gradient magnetic field whose generated magnetic field is in the same direction as the static magnetic field and whose strength is gradient in three mutually intersecting directions. Make it possible to discriminate spatial information, apply a high-frequency pulse to the subject in this state, capture the nuclear magnetic resonance signal from the subject, and determine the spatial distribution of the information contained in the nuclear magnetic resonance signal from the captured signal. In this method, the signal is acquired so that the integral value of the strength of the gradient magnetic field with respect to at least one coordinate axis and the magnetic field application time up to the time of signal acquisition does not change sequentially, and then the acquired signal is A method for deriving image information using nuclear magnetic resonance, characterized in that the spatial distribution of the information is obtained by rearranging the information so that the integral value changes sequentially.
JP59246928A 1984-11-21 1984-11-21 Method for leading out image information using nuclear magnetic resonance Granted JPS61124855A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63125250A (en) * 1986-10-22 1988-05-28 フィリップス エレクトロニクス ノース アメリカ コーポレイション Nmr data concentration method and apparatus
JPS63212335A (en) * 1987-02-28 1988-09-05 株式会社島津製作所 Mri apparatus

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